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预应力混凝土路面的发展与研究

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预应力混凝土路面的发展与研究

收集整理：佚名来源：本站整理时间：2009-01-10 13:00:49 点击数：[]

5　材料要求

　　预应力混凝土路面需要高质量的混凝土(高强度、低收缩和低徐变)。水灰比应尽可能小，以避免由于收缩和徐变引起过大的预应力损失。国外有报导，28d的抗压强度为21～56MPa，弯拉模量为2.10～5.25MPa。
　　一些实例中还使用矾土水泥，但其明显优势在于混凝土浇筑的高速性。
　　现有记载除了早期的一些室内试验外，很少有使用促凝剂或增加混凝土和易性的外加剂。

6　设计方法

　　目前，世界各国对预应力混凝土路面的设计仍然没有一个统一的方法体系，而且在某种程度上都是经验性的，一般施加足够的纵向预应力来防止横向收缩开裂。一般认为：板收缩时，温度翘曲约束应力使板底受压，这有助于预应力抵消由荷载和收缩引起的张拉应力；板膨胀时，由荷载和白天翘曲约束引起的板底受拉可被预应力和板底摩擦约束应力所抵消。因此，所施加的预应力主要由(1)交通荷载；(2)由温度和湿度所引起的翘曲约束；(3)板收缩期间的板底摩擦约束。
三个因素所决定：
　　基本的设计方程牺ft＋fpf△T+fF+fL
　　式中：fp ——由预应力引起的混凝土中的压应力；
　　　　　ft ——混凝土的容许弯曲应力(混凝土弯折模量/安全系数)；
　　　　　f△T——由温度差引起的应力；
　　　　　fF ——由路基摩阻引起的应力；
　　　　　fL ——由荷载引起的弯曲应力。
　　温度应力
　　　　如果假设温度梯度沿线性变化，那么就有
　　　　　　　　　　　　f△T=（Ecac△T2）／(1-V)
　其中，Ec、ac、V分别为混凝土弹性模量、温度膨胀系数和泊松比。
　　路基摩阻引起的应力
　　　　　　　　　　　　　　　fF=μ×ρ×χ
　　其中，μ为路基摩阻系数，ρ为混凝土的密度，χ为距千斤顶的距离。当χ=L/2(L为板长)，fF达到最大。在确定预应力大小时，取fF=μ×ρ×L/2。
　　在设计中，板厚一般是根据预应力筋或套管所必须的覆盖层厚度来确定的，而非根据承载应力计算设计。
　　预应力数值如下：公路上仅使用纵向钢索或纵横向都配置筋时，一般在0.63～2.87MPa；机场上平均值可达3.15MPa；当采用斜向钢索来产生纵向预应力时，平均值约为1.93MPa。横向预应力还未广泛被采用，一般为0～1.4MPa，当板宽不超过3.6m时，可不设横向预应力。

7　路基约束

　　在任何混凝土板和其下的基层间都存在摩阻约束，该约束阻止板随温度、湿度的变化而移动。在预应力混凝土路面中，尽量减小该摩擦力是非常重要的，因为它是引起预应力损失的主要因素，同时它也决定着板的长度。尽管国外在这方面已做了不少工作，但摩擦系数的大小仍难以确定。有些部门建议摩擦系数为0.25～0.5但在试图减小摩擦的砂或石屑所组成的滑动层中也发现其值为1.25～2.0。许多室内试验所确定的摩擦系数都比现场的小，这是因为室内未能真实反映现场的状况条件所致。
　　为了减小摩擦，通常采用一层砂土覆盖防水纸、砂和油毛毡或砂和聚乙烯薄膜。在这方面进行了许多尝试，还有使用沥青材料作滑动层的，但未见有成功报道，许多研究表明采用一薄层的同一粒径的球形颗粒(砂、石屑等)对于减小摩擦效果很好，其作用如同滚珠轴承。

8　费用

　　造价费用最能体现新生事物的发展前途，人们往往更注重其经济效益如何，而忽略了其它方面。虽然国外做过许多与传统的混凝土路面的比较分析，但仍不能说明问题，因为大部分工作都是试验性的，所以比成本费用自然要高于所预期的。很显然，当技术完善和普及时，其费用就会下降。目前，从国外一些报告可以看出，预应力混凝土路面与传统路面在建设费用上相差不大。虽然评估预应力混凝土路面的长期养护费用似乎过早，但它在养护上的经济性是十分可观的。
　　英国的Crawley的预应力道面显示了它与普通钢筋混凝土路面的建设费用基本相同。在完成第一块板的铺设后，曾进行招标修建其余的板，结果早期的投标价要低于所预计用于普通路面的造价，4个最低的报价只比普通路面的报价高6%。
　　另外，1980在美国的O'Hare机场修建了世界第一个用于商用机场道面的后张罩面。表1给出了修建前的方案比较——40年使用年限的总成本分析，尽管表1有估计成份，但也一定程度说明了预应力混凝土路面的经济效益。

表1

	方案A (普通混凝土路面)	方案B (预应力混凝土路面)
初期项目费用	1874000	1986000
39年的接缝养护	228500	45700
每隔5年接缝的清洁和填料 (发生7次)	1001400	0
20年后需沥青罩面 (1980年需费用200000)	530700	0
30年后需沥青罩面 (1980年需费用200000)	864400	864400
总费用	4499000	2878100

注：表中数据考虑了时间因素　　　单位：美元

9　未来展望与进一步的研究

　　就目前而言，仍然缺少对预应力混凝土路面各方面的认识。作者认为预应力混凝土路面的设计理论和施工方法的发展将主要围绕以下几个方面：
　　(1)对各种板长所需的恰当的预应力。
　　(2)板的膨胀、收缩和翘曲特性。
　　(3)板的承载特性，其中包括研究预应力对板的承载能力的影响，以及对板疲劳特性等的影响。在确定预应力时，不仅要防止在最不利的情况下开裂，而且还需考虑混凝土的疲劳特性。
　　(4)板与地基的摩擦特性及处理方法。
　　(5)接缝和排水系统的设计。
　　(6)施工程序的发展，是否能使用传统的铺路做法，或经济的方法。
　　已建的绝大多数预应力混凝土路面都属于“单独型”的，但该类路面不能做得很长(一般可达120m)。如果路基的摩擦问题解决了，并且对“连续型”的路面有了一定认识，那么修建长达300m或更长的路面是可能的。我们可从“单独型”和“连续型”路面的一些特性中看出：将这两类路面联合使用会更有利，“连续型”路面可用于路基状况较好的直路上，“单独型”路面用于路基情况稍差和曲线路上。
　　随着预应力混凝土路面的理论体系的成熟和施工技术的发展，预应力混凝土路面将会有良好的发展前景。

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提供人：佚名
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